1、10汽檢（2）班翁星星100340209豐田第二代混合動力系統 THS 混合動力汽車的概念混合動力汽車(Hybrid EleetriC vehiez。，簡稱HEV)是在電動汽車(僅依靠電能驅動的車輛)上加人輔助動力單元，將電力驅動與輔助動力驅動結合起來，充分發揮兩者各自的優勢及兩者相結合產生的新優勢的電動汽車。電力驅動可采用直流電動機或三相同步(或異步)電動機;輔助動力可以采用燃燒某種燃料的原動機或動力發電機組。混合動力汽車通常采用傳統的內燃機和電動機作為動力源，通過混合使用熱能和電能2套系統開動汽車。簡單地說，就是將傳統的發動機盡量做小，讓一部分動力由電池一電動機系統承擔。這種混合動力裝置既

2、發揮了發發動機持續工作時間長，動力性好動機持續工作時間長，動力性好的優點，又可以發揮電動機無污染、低電動機無污染、低噪聲的好處，噪聲的好處，兩者“并肩戰斗”，取長補短，汽車的熱效率可提高10%以上，廢氣排放可降低30%以上。混合動力汽車的分類按動力藕合方式的不同，可將混合動力汽車分為串聯、并聯和混聯分為串聯、并聯和混聯3種形式種形式 。1 THS系統簡介1. 1系統組成 THS系統主要部件有采用Atkinson 循環的高效汽油機、永磁交流同步電機、發電機、高性能鎳金屬氫化物(NI - MH)電池和功率控制單元 ,見圖 1。功率控制單元由高壓電源電路、 AC - DC 逆變器組成。電源電路將電動

3、機和發動機的電壓升至 500 V。AC - DC逆變器用于電動機、發電機的交流電和混合動力電池的直流電之間的轉換 ,動力分配裝置用于分配、合成和傳遞發動機、電動機和發電機的機械動力。各裝各裝置之間取長補短，優勢互補，使置之間取長補短，優勢互補，使得發動機達到最大的效率。得發動機達到最大的效率。1. 2 THS系統工作過程a.啟動 ,低速到中速運轉時低速到中速運轉時 ,只要電池電量在合理范圍內 ,汽車由電動機驅動 ,此時整車處于電動車模式整車處于電動車模式 ,不排廢氣。不排廢氣。b.當整車進入一般行駛條件時 ,此時發電機起到啟動機的作用 ,使發動機從靜止開始旋轉 ,直到點火。整車動力一部分來自發

4、動機 ,另一部分則由發動機帶動發電機后給電動機供電驅動車輪。c .瞬間加速除與一般行駛條件相同外 ,電池會提供額外的功率給電機來改善整車加速性能 ,此時發動機瞬態加速性能大幅提高發動機瞬態加速性能大幅提高 ,制造了不少駕駛樂趣。d.減速、制動 ,車輪驅動電動機。電動機起到發電機作用。再生制動系統將動能轉變為電能 ,并儲存于鎳氫能電池。e.電池再充電 ,電池始終保持充足電量。根據需要 ,發動機驅動發電機給電池充電。f .停車 ,發動機自動熄火。2 THS系統的主要部件2. 1發動機 豐田prius采用 1. 5 L 汽油發動機。工作循環Atkinson循環 ,熱效率高熱效率高 ,膨脹膨脹比大比大

5、。采用VVT - i (智能可變氣門正時)裝置 ,可以根據工況準確調整進氣門開啟與關閉時刻 ,始終保持最大充氣效率。采用擠壓緊湊型燃燒室 ,確保燃燒室內火焰快速傳播。采用鋁合金的氣缸體 ,減輕質量 ,縮小尺寸。小而輕的缸體及緊湊的進氣岐管提高了燃油效率。發動機最高轉速從 4 500 rP min 提高到 5 000 rPmin ,輸出功率增大。采用較小張力的活塞環 ,減小摩擦損失。發動機轉速的提高使發電機旋轉更快 ,提高提高加速時的驅動力加速時的驅動力 ,改善了燃油效率改善了燃油效率。2. 2 高電壓系統 電機和發電機 發動機和發電機的電壓從 THS的 274 V 增大到THS的500 V ,

6、電源供給電機的電流減小 ,減少了熱損耗減少了熱損耗。2. 2. 1電機 電機采用交流永磁電機交流永磁電機 ,采用釹磁鐵(永久磁鐵永久磁鐵)轉子轉子。通過優化永磁鐵排列形式 ,提高驅動熱和增長輸出;從圖3可以看出高電壓(500 V)使電機的輸出功率比 THS系統的提高1. 5 倍 ,即從 33 kW到 50 kW,而電機尺寸沒有改變 ,單位質量和體積所產生的輸出功率在世界上最大。在電機控制方面 ,在中轉速范圍增加全新的過調制控制系統:保留原來的低速和高速控制方法。通過改進脈沖寬度調制方法 ,中速范圍的輸出比原來的最大值增加大約30 %。2. 2. 2發電機 與電動機一樣 ,發電機也是采用交流永磁

7、的交流永磁的 ,通過向高功率電動機提供充足的電 ,發電機高速旋轉 ,以增大輸出。采用增加轉子強度等措施 ,將最大功率輸出時的轉速從 6 500 rP min (傳統型)提高到 10 000 rPmin ,高轉速明顯地提高了中轉速范圍的電力 ,改善半低轉速范圍的加速性能。2. 3 功率控制單元,電池和再生制動系統2. 3. 1功率控制單元 功率控制單元包括一個將電池的直流電變為驅動電機的交流電的逆變器和轉換成12V的DC/ DC轉換器。在 THS系統中 ,增加一個將電源電壓提高到500 V的高電壓電源電路 ,根據功率 =電壓 電流的關系式 ,提高電壓就可以減小電流 ,可減小逆變器的大小。由于控制

8、電路是集成的 ,功率控制單元與以前大小一樣。2. 3. 2半導體開關裝置( IGBT) 半導體開關裝置( IGBT ,絕緣門雙極晶體管)提高電池電壓 ,并將增大的直流電轉變成驅動電機的交流電 ,由于轉換的電流大 ,減小發熱量很重要。豐田研制出一種獨特的 ,可細調到晶體級的晶體管 ,該裝置要比 THS的類似裝置小20 % ,具有低發熱具有低發熱 ,高效率的性能高效率的性能。2. 3. 3再生制動系統 再生制動系統用于發動機制動或腳制動 ,將電動機變成發電機 ,轉變汽車的動能為電能 ,給電池充電 ,在市區行駛時 ,該系統對于能量回收很有效 ,因為在城市行駛時 ,需經常加速和減速。踩動制動踏板時 ,

9、本系統協調電子控制制動系統(ECB)的液壓制動和再生制動關系 ,優先利用再生制動 ,甚至在車速很低時 ,也能回收能量。此外 ,通過改善電池性能 ,能更多地回收能量。通過減小減小傳動系統內部摩擦損失摩擦損失 ,減速期間的能量也被回收。2. 4混合動力傳動系統 混合動力傳動系統由動力分配裝置、發電機、電動機和減速器等組成。發動機的動力由動力分配裝置分為兩部分 ,一個動力輸出軸與電動機和車輪連接 ,另一個輸出軸與發電機相連。這樣 ,發動機從兩條路線傳遞發動機從兩條路線傳遞 ,即機械路線和電路。也可安裝電控無級變速器 ,可連續地改變發動機轉速以及電動機和發電機轉速。THS - H采用低摩擦球軸承傳動裝

10、置 ,摩擦損失減小30 %。動力分配裝置采用行星齒輪機構。行星齒輪架的轉軸直接與發動機連接 ,通過行星齒輪把動力傳給外齒圈和內太陽輪。齒圈的轉軸直接與電動機連接 ,把驅動力傳給車輪 ,太陽輪直接與發電機連接 。2. 5THS - 的控制系統 THS - 的控制系統調節整車的能量分配 ,使整車的工作效率最優。這包括汽車行駛的能量、輔助裝置消耗的能量 ,如空調、加熱器大燈和巡航系統。控制系統監測需求量和混合動力系統、部件的工作狀態 ,如發動機 ,整個混合動力車的能量來源;電動機 ,利用電池的電能產生使汽車行駛的驅動力;電池 ,儲存電動機在汽車減速時產生的電能。通過汽車控制網絡、駕駛員的指令獲得制動

11、信息。比如節氣門開放 ,換檔位置等。換句話 說 ,THS的控制 ,實時監測汽車的各種能量消耗狀態 ,提供快速、準確的整體控制 ,使汽車能夠安全、高效、平穩地行駛 。2. 5. 1再生制動控制 在 THS系統中 ,電子控制制動系統( ECB)通過協調制動系統的液壓制動和再生制動 ,最佳地利用再生制動 ,用電池回收能量 ,提高汽車整體效率提高汽車整體效率及燃油經濟性。及燃油經濟性。3 THS效果3. 1 增大輸出 THS的電機電壓增大到 500 V ,使電動機輸出功率增大1. 5倍 ,從35 kW增到50 kW。與此相匹配,發電機最大轉速從 6 500 r/ min 提高到 10 000 r/ min。這樣 ,在中低速范圍提高供給電動機的電能 ,提高了電動機輸出功率 ,從而大大提高了整個系統的輸出 ,這也包括發動機直接驅動力的輸出。此外 ,在高轉速范圍 ,發動機旋轉得更快 ,輸出更大 ,這樣增大了